JPS61158803A - Apparatus for synthesis of compound semiconductor polycrystal - Google Patents

Apparatus for synthesis of compound semiconductor polycrystal

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JPS61158803A
JPS61158803A JP28127084A JP28127084A JPS61158803A JP S61158803 A JPS61158803 A JP S61158803A JP 28127084 A JP28127084 A JP 28127084A JP 28127084 A JP28127084 A JP 28127084A JP S61158803 A JPS61158803 A JP S61158803A
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JP
Japan
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raw material
liquid
crucible
group
melt
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JP28127084A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiro Kotani
小谷 敏宏
Sukehisa Kawasaki
河崎 亮久
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide an apparatus synthesizing polycrystalline product in a short time, in high recovery based on the raw material, by placing an independent sublimation heater at the circumference of a raw material container fixed to the upper shaft in a liquid-encapsulated pulling up apparatus, and attaching a porous cap to the lower end of a connection tube. CONSTITUTION:A group III or group II solid or liquid raw material and a liquid encapsulation material (solid) are charged in the crucible 7. A solid raw material 2 consisting of group V or group VI element is charged in the container 1, and the container 1 is sealed and fixed to the upper shaft 11. The connection tube 3 is not inserted into the crucible 7. A pressure vessel is closed, and the space in the vessel is pressurized sufficiently by introducing an inert gas such as N2, Ar, etc. The raw material and the liquid encapsulation material are melted with the molten liquid heater 9 to obtain molten liquids 5 and 6. The lower end of the tube 3 is dipped into the liquid 5. The raw material 2 is heated and gasified with the sublimation heater 10 to increase the pressure in the vessel sufficiently, when the gas is released to the liquid 5 in the form of fine bubbles through the porous cap 4 attached to the lower end 19 of the tube 3. The effective surface area of the raw material 2 is increased by this process to facilitate the reaction and the escape of unreacted raw material from the liquid 5 can be prevented almost completely.

Description

【発明の詳細な説明】 (′7)   技  術  分  野 この発明は、化合物半導体多結晶の合成装置に関する。[Detailed description of the invention] ('7) Techniques Branch field The present invention relates to an apparatus for synthesizing compound semiconductor polycrystals.

ここでいう化合物半導体は■−■族、I −■族化合物
半導体のことである。
The compound semiconductor referred to here refers to a ■-■ group compound semiconductor or an I-■ group compound semiconductor.

m−v族半導体はInP 、 GaAs 、 GaP 
、 InAs 11nSb s・・・・などがある。
m-v group semiconductors are InP, GaAs, GaP
, InAs 11nSb s, etc.

…−■族半導体は、CdSe 、 CdTe 、 Zn
S SHgSe 。
...-■ group semiconductors are CdSe, CdTe, Zn
SSHgSe.

・・・・などの組合わせがある。There are combinations such as...

これらの半導体単結晶は、発光素子、受光素子、FET
、その他のセンサの基板として有用である。
These semiconductor single crystals are used for light emitting devices, light receiving devices, FETs, etc.
It is useful as a substrate for other sensors.

単結晶を作るためには、原料として、これらの化合物半
導体の多結晶材料が必要である。多結晶を作るには、原
料となる2種類の元素を合成しなければならない。
In order to make a single crystal, polycrystalline materials of these compound semiconductors are required as raw materials. To make polycrystals, two types of raw materials must be synthesized.

イ)  従  来  技  術 多結晶の合成法をInPについて説明する。b) Subordinate techniques A polycrystalline synthesis method for InP will be explained.

InPの融点は1062℃であるが、この温度でのPの
蒸気圧は27.5 atmであって極めて高い。一般に
、V族元素のI−V族化合物融点に於ける蒸気圧の高さ
が、ストイキオメトリツクな多結晶の合成を困難なもの
にしている。
The melting point of InP is 1062° C., but the vapor pressure of P at this temperature is 27.5 atm, which is extremely high. Generally, the high vapor pressure at the melting point of a group IV compound of a group V element makes it difficult to synthesize stoichiometric polycrystals.

InPの合成はd常、グラジェントフリーズ法で行われ
る。石英アンプルの中へInとPとを互に離れだ位置に
封入する。2つの独立なヒータを軸方向に離隔して11
Nえた装置の中へアンプルを水平に入れる。
Synthesis of InP is usually carried out by the gradient freeze method. In and P are sealed in a quartz ampoule at positions separated from each other. 11 with two independent heaters separated in the axial direction
Place the ampoule horizontally into the heated device.

ヒータパワーを調節して、水平方向に温度分布を作る。Adjust the heater power to create a horizontal temperature distribution.

、InPの合成領域はその融点の近くにするが、Pの存
在する部分はより低い温度にして、Pの蒸気圧が高くな
るのを防ぐ。Pの蒸気がアンプルの中を移動し、Inと
反応し、InPになる。アンプルとヒータの相対位置を
徐々にずらしてゆくことによって、全ての材料をInP
 K変えてゆく。
, the synthesis region of InP should be near its melting point, but the region where P is present should be at a lower temperature to prevent the P vapor pressure from increasing. P vapor moves through the ampoule and reacts with In to form InP. By gradually shifting the relative positions of the ampoule and the heater, all the materials were converted to InP.
I'm going to change K.

グラジェントフリーズ法は、しかしながら、最後にIn
Pになった部分では、Pが不足し、Inが過剰になる傾
向があった。このため、最終合成端近筒は、InP多結
晶として使うことができない。単結晶を成長させる材料
とする時は、最終合成端だけ予め融かして、この部分を
除去する必要があった。
However, the gradient freezing method
In the part where P became present, there was a tendency for P to become insufficient and In to become excessive. Therefore, the final synthesized near-end tube cannot be used as an InP polycrystal. When using it as a material for growing single crystals, it was necessary to melt only the final synthesis end beforehand and remove this part.

そこで、グラジェントフリーズ法にかわって、2夜体カ
プセル引上装置を用いて、多結晶を合成する、という方
法が提案された。
Therefore, instead of the gradient freeze method, a method was proposed in which polycrystals were synthesized using a bipolar capsule pulling device.

液体カプセル結晶引上装置は、引上法による結晶成長装
置である。るつぼの中に原料融液を入れ、種結晶を漬け
て、回転させながら引上げることにより単結晶を成長さ
せるが、融液を液体カプセル層で覆い、窒素ガス、アル
ゴンガスなどで強い圧力をかけて■族元素の逃げを防い
でいる。
The liquid capsule crystal pulling device is a crystal growing device using a pulling method. A single crystal is grown by placing a raw material melt in a crucible, soaking a seed crystal, and pulling it up while rotating.The melt is covered with a liquid capsule layer and strong pressure is applied with nitrogen gas, argon gas, etc. It prevents group elements from escaping.

このため液体カプセル法、又は単にLEG法(Liqu
id Encapsulated Czochruls
ki )と呼ばれる。
For this reason, the liquid capsule method, or simply the LEG method (Liqui
id Encapsulated Czochruls
ki).

LEC装置は、本来、単結晶を作るためのものであるが
、高圧K[tえる容器や、ヒータ、回転昇降可能な上軸
、下軸、サセプタなどを備えているから、多結晶材料の
合成にも、好適に用いることができる、と考えられたの
である。
LEC equipment is originally intended for producing single crystals, but since it is equipped with a high-pressure K[temperature] container, a heater, an upper shaft, a lower shaft that can be rotated up and down, a susceptor, etc., it is suitable for the synthesis of polycrystalline materials. It was thought that it could also be suitably used.

Jaxml of’ Crystal Growth 
59 (198,2) P 、665−6681A M
ETHOD FORTHIi: ’ lN−5ITU’
 5YNTHESIS ANDGROWTHOF IN
DIUM PH0SPHIDE IN A CZOCH
RALSKIPULLERJ に於て、J、P、FMGFSは、LEC装置を用いたI
nPの合成について報告している。
Jaxml of'Crystal Growth
59 (198,2) P, 665-6681A M
ETHOD FORTHIi: 'lN-5ITU'
5YNTHESIS AND GROW THOF IN
DIUM PH0SPHIDE IN A CZOCH
In RALSKIPULLERJ, J, P, and FMGFS conducted I
We report on the synthesis of nP.

第2図にファーゲスの用いたLEC装置を示す。Figure 2 shows the LEC device used by Farges.

耐圧容器30の中に、下軸31によって支えられたグラ
ファイトのサセプタ32、これに囲まれた石英るつぼ3
3、グラファイトヒータ34、グヲファイトa蔽筒35
などが設けられる。
A graphite susceptor 32 supported by a lower shaft 31 is contained in a pressure vessel 30, and a quartz crucible 3 is surrounded by the graphite susceptor 32.
3. Graphite heater 34, Graphite a-shielding cylinder 35
etc. will be provided.

耐圧容2g30の側面にはのぞき窓36、ガス導入口3
7などがある。耐圧容器30の上方には、上軸38が回
転昇降可能に設けられる。
Peephole 36 and gas inlet 3 on the side of pressure capacity 2g30
7 etc. An upper shaft 38 is provided above the pressure container 30 so as to be rotatable up and down.

単結晶引上げ装置として用いる場合は、上軸38の下端
に種結晶を付ける。
When used as a single crystal pulling device, a seed crystal is attached to the lower end of the upper shaft 38.

しかし、この装置は合成のために用いているので、赤リ
ンPを上軸38によって保持する。グラファイトのホル
ダ39が上軸38の下端に固着してあり、ホルダ39の
中て石英のアンプル40がある。
However, since this device is used for synthesis, red phosphorus P is held by the upper shaft 38. A graphite holder 39 is fixed to the lower end of the upper shaft 38, and within the holder 39 is a quartz ampoule 40.

熱電対41がアンプ/I/40の温度を測定するために
設けである。アンプ/I/40の中心には鉛直方向の連
通管42が挿j出され、その上端はアンプル上壁の近く
に開口するようにしている。
A thermocouple 41 is provided to measure the temperature of the amplifier/I/40. A vertical communication tube 42 is inserted into the center of the amplifier/I/40, and its upper end opens near the upper wall of the ampoule.

るつぼ33の中には、In融液43と、これをカプセル
するためのB2O3のτ夜体カプセル層44が入ってい
る。
The crucible 33 contains an In melt 43 and a B2O3 τ-body capsule layer 44 for encapsulating it.

アンプル40の中には赤リン45が入っている。Ampoule 40 contains red phosphorus 45.

熱電対46によシ、るつぼ33下底の温度を測定する。The temperature at the bottom of the crucible 33 is measured using a thermocouple 46.

連通管42の下端を、In融液43の中へ漬ける。The lower end of the communicating tube 42 is dipped into the In melt 43.

るつぼ33とアンプル40、つまシ上軸と下軸との距離
を一定に保ちながら、るつぼ33、アンプル40ともに
上から下へ降してゆく。ヒータ34の熱を強く父けるの
で、下降するとともにるつぼ、アンプルともに温度が上
ってゆく。
Both the crucible 33 and the ampoule 40 are lowered from top to bottom while keeping the distances between the crucible 33, the ampoule 40, and the upper and lower shafts of the picks constant. Since the heat from the heater 34 is strongly applied, the temperature of both the crucible and the ampoule rises as the crucible descends.

この例では、るつぼ下底とアンプルの距離を150ff
ffに保っている。アンプルの温度は、下降動作によっ
て、400℃〜700℃に変化させることができる。
In this example, the distance between the bottom of the crucible and the ampoule is 150ff.
I keep it at ff. The temperature of the ampoule can be changed from 400<0>C to 700<0>C by means of a descending operation.

耐圧容器30内には、6Q atmのアルゴンガスを充
填している。
The pressure vessel 30 is filled with argon gas of 6Q atm.

赤リンは徐々に加熱されるから、昇華して気体となる。As red phosphorus is gradually heated, it sublimates and becomes a gas.

気化したリンは、連通管42の上端開口からfJ ii
Q管42の中を下降し、In顯液液43中へ入り、気泡
となる。気泡中のリンと、融液のインジ゛ウムが化合し
て、InP融液となる。全てのInが化合物になれば、
合成は終りである。融液温度を下げると、るつぼ内に、
InP多結晶を得ることができる。
The vaporized phosphorus is transferred from the upper end opening of the communication pipe 42 to fJ ii
It descends in the Q tube 42, enters the In water liquid 43, and becomes bubbles. The phosphorus in the bubbles and the indium in the melt combine to form an InP melt. If all In becomes a compound,
The synthesis is finished. When the melt temperature is lowered, inside the crucible,
InP polycrystals can be obtained.

し力・し、この方法には次のような欠点がある。However, this method has the following drawbacks.

リンの気体は、気泡となって融液に入る。、気泡は軽い
ので、融液、g!lカプセル層の中を上昇する。融液を
iT1過する間に反応するが、反応時間は十分でない。
The phosphorus gas enters the melt in the form of bubbles. , since the bubbles are light, the melt, g! l Ascent through the capsule layer. Although the reaction occurs while the melt passes through iT1, the reaction time is not sufficient.

従って、液体力プセ/L’lfiに達するリンの気泡も
多い。これは、そのままγ覆体カプセル層を曲りぬける
。アルゴンガスの圧力がいかに大きくても、気泡が液体
カプセル層を抜けるのを防止することはできない。
Therefore, there are many phosphorus bubbles that reach the liquid force/L'lfi. This passes through the γ-covered capsule layer as it is. No matter how high the argon gas pressure is, it cannot prevent air bubbles from escaping the liquid capsule layer.

液1本カプセルは、InP化合物となったものが、高熱
によって分解し、Pを放出するのを抑制する効果がある
The one-liquid capsule has the effect of suppressing the release of P due to decomposition of the InP compound due to high heat.

Pの蒸%u、耐圧容器の中一杯に拡散する。また、耐圧
容器の内壁面にリンが耐着したりする。
The evaporation percentage of P is diffused into the pressure container. In addition, phosphorus adheres to the inner wall surface of the pressure container.

本発明者のチェックしたところでは、ファーゲスの方法
によるInP多結晶の原料(InとP)に対する回収率
は80%程度である。無駄が多すぎる。
The present inventor has checked that the recovery rate for the raw materials (In and P) for InP polycrystals by the Farges method is about 80%. Too much waste.

Inの1モルに対し、1,5モルのPを必要とする0こ
うしないと、未反応のInがるつぼ内に残ってしまう。
1.5 moles of P are required per 1 mole of In. If this is not done, unreacted In will remain in the crucible.

つまり、この例でPは1/3程度が合成にあずかること
なく、浪費されてしまう。
That is, in this example, about 1/3 of P is wasted without participating in synthesis.

もうひとつの難点は、合成に要する時間が長すぎる、と
いう事である。これは反応面積が狭いからである。
Another drawback is that the synthesis time is too long. This is because the reaction area is small.

(つ)   目     的 (1)原料元素に対して、合成された多結晶材料の回収
率の高い合成装置を提供する事。
(1) Purpose (1) To provide a synthesis device with a high recovery rate of synthesized polycrystalline material based on raw material elements.

(2)合成時間が短くて済む多結晶合成装置を提供する
事、 が本発明の目的である。
(2) It is an object of the present invention to provide a polycrystal synthesis apparatus that requires a short synthesis time.

に)構成 本発明の装置は、LEC装置を用い、るつぼには■、■
族融液を入れ、■、■族元素は上輔疋固定した収納容器
に入れる。収納容器の周囲に独立の昇華用のヒータを設
ける。収納容器とるつぼを直管の直通管で結きする点は
ファーゲスと同じであるが、気泡の直条を小さくするた
めに、連通管の下端に多孔質のキャップを設けている。
2) Configuration The device of the present invention uses an LEC device, and the crucible has ■, ■
Put the group melt, and put the group ■ and ■ elements in the storage container fixed in the upper case. An independent sublimation heater is provided around the storage container. It is the same as Farges in that the storage container and crucible are connected by a straight pipe, but in order to reduce the straight lines of air bubbles, a porous cap is provided at the lower end of the communicating pipe.

第1図によって、本発明の化合物半導体多結晶の製造装
置を説明する。
The compound semiconductor polycrystal manufacturing apparatus of the present invention will be explained with reference to FIG.

LEG装置を使うのであるから、この周囲に耐圧容器が
あるのであるが、ここでは図示を省略している。
Since the LEG device is used, there is a pressure-resistant container around it, but it is not shown here.

上@11は耐圧容器の中に、回転昇降自在に設けられて
いる。
The upper @ 11 is provided in a pressure-resistant container so that it can rotate and move up and down.

単結晶を引上げる場合は、上軸11の下端に種結晶を付
ける。しかし、ここでは合成のためにLEC装置を使う
ので、上軸11には、Y族(P、As1Sb)元素、又
は■族元素(S、 5eSTe )の原料固体2を収容
する収納容器1が固着しである。収納容器1の材質は、
PBNSBN、石英、又はBNコートしたカーボンなど
が良い。
When pulling a single crystal, a seed crystal is attached to the lower end of the upper shaft 11. However, since an LEC device is used for synthesis here, a storage container 1 containing a raw material solid 2 of group Y (P, As1Sb) elements or group II elements (S, 5eSTe) is fixed to the upper shaft 11. It is. The material of storage container 1 is
PBNSBN, quartz, or BN-coated carbon may be used.

収容された原料固体2は、収納容器1の周囲に設けられ
たヒータ10によって加熱され、昇華して気体となる。
The contained raw material solid 2 is heated by a heater 10 provided around the storage container 1, and sublimated to become a gas.

昇華用ヒータ10は、通常の結晶引上装置にはないもの
で、本発明では、このヒータを新しく付加している。フ
ァーゲスの実験はこのようなヒータを用いず、融液用の
単一ヒータだけで温度コントローlしするので、収納容
器とるつぼの距離に制限があり調整が難しかったが、本
発明は昇華用ヒータ10を設けるので、調整容易となる
The sublimation heater 10 is not present in a normal crystal pulling apparatus, and in the present invention, this heater is newly added. Farges's experiment did not use such a heater, but instead controlled the temperature with a single heater for the melt, which limited the distance between the storage container and the crucible, making adjustment difficult.However, the present invention uses a sublimation heater. 10, the adjustment becomes easy.

下軸12も回転昇降自在である。下軸12の上端には、
サセプタ8が固定され、サセプタ8の中にはるつぼ7が
挿入されている。
The lower shaft 12 is also rotatable and can be moved up and down. At the upper end of the lower shaft 12,
A susceptor 8 is fixed, and a crucible 7 is inserted into the susceptor 8.

サセプタ8の材質はカーボンなどである。るつぼ7はP
BN、石英などで作っである。サセプタ8、るつぼ7の
周囲には融液加熱ヒータ9が設けられる。カーボン抵抗
加熱ヒータである。
The material of the susceptor 8 is carbon or the like. Crucible 7 is P
It is made of BN, quartz, etc. A melt heater 9 is provided around the susceptor 8 and crucible 7. This is a carbon resistance heater.

ヒータ9のさらに外側には、熱が外部へ逃げるのを防ぐ
ための遮蔽筒が設けられるが、ここでは図示を省略して
いる。
A shielding tube for preventing heat from escaping to the outside is provided further outside the heater 9, but is not shown here.

るつぼγの中には、原料@液5とこの上方を覆う液体カ
プセル層6とが収容されている。原料融1fUI11枚
(Ga、In )元累又はII族(Cd 、 Zn、T
e )元素の!融1夜である。
The crucible γ accommodates a raw material @liquid 5 and a liquid capsule layer 6 covering the upper part thereof. Raw material melt 1fUI11 pieces (Ga, In) or group II (Cd, Zn, T
e) Of elements! It's Toru 1 night.

収納容器1と、下方のるつぼ7の原料融液5とは、直管
状の連通管3によって連結されている。
The storage container 1 and the raw material melt 5 in the lower crucible 7 are connected by a straight communication pipe 3.

連通管3の材質は、PBN、BN、石英、BNコートし
たカーボンなどである。収納容器1の上壁13は上軸1
1に固着されているが、下壁14の中央には通し穴1γ
がちって、連通管3は、通し穴17から上方へ差込まれ
、ここの周囲で互に固着されている。
The material of the communication tube 3 is PBN, BN, quartz, BN-coated carbon, or the like. The upper wall 13 of the storage container 1 is the upper shaft 1
1, but there is a through hole 1γ in the center of the lower wall 14.
The communication tubes 3 are inserted upward through the through hole 17 and are fixed to each other around this hole.

連IIT]管3の上開口18は、上壁13の近くに位置
する。原料固体2は上開口18より下方のレベlしまで
充填する。固形原料のままるつぼ内へ落下してはならな
いからである。
The upper opening 18 of the tube 3 is located close to the upper wall 13. The raw material solid 2 is filled to a level l below the upper opening 18. This is because solid raw materials must not fall into the crucible.

連通管3の下端19は、多孔質キャップ4によって塞が
れている。多孔質キャップ4の材質は石英、PBN、B
N、カーボン、AIM 、 Si3N4などである。
The lower end 19 of the communication tube 3 is closed with a porous cap 4. The material of the porous cap 4 is quartz, PBN, B.
N, carbon, AIM, Si3N4, etc.

多孔質というのは、内部に細い曲りくねった無数の通路
となる空間が存在する、という事である。
Porous means that there are countless narrow, winding passageways inside.

海綿や活性炭の内部と同様な構造体である。表面積が極
めて大きく、この中を、液体又は気体が通り抜けること
ができるが、反応面積が広いので、化学反応の効率を高
めるために多孔質の材料や媒質はよく使われる。
It has a structure similar to the inside of a sponge or activated carbon. Porous materials and media are often used to increase the efficiency of chemical reactions because they have an extremely large surface area, through which liquids or gases can pass, and the reaction area is large.

しかし、ここでは、化学反応の速さを、多孔質材料の介
在によって直接に高めよう、というものではない。従っ
て、多孔質材料の内部の実効面積の広さを直接に利用す
るのではない。この点で、通常の多孔質の利用と異なっ
ている。
However, the intention here is not to directly increase the speed of chemical reactions through the use of porous materials. Therefore, the large effective area inside the porous material is not directly utilized. In this respect, it differs from the usual use of porous materials.

ここでは、■族又は■族元素のガスが、連通管から融液
に出た時に気泡になるが、気泡の平均直径を小さくする
ために多孔質を利用しているのである。
Here, when the gas of the group (1) or group (2) elements exits the melt from the communicating tube, it becomes bubbles, and porosity is used to reduce the average diameter of the bubbles.

気泡の存在自体が非平衡であるので、気泡の直径を正確
に決定することはできない。しかし、確率的に気泡の直
径を論する事ができる。
Since the existence of bubbles itself is non-equilibrium, the diameter of the bubbles cannot be determined accurately. However, we can discuss the bubble diameter in terms of probability.

多孔質キャップ4のない場合、広い下端開口から、ガス
が一挙に出るので、これはひとかたまりの大きい気泡に
なシやすい。
If the porous cap 4 is not provided, gas will come out all at once from the wide opening at the bottom, and this will easily cause a bunch of large bubbles to disappear.

開口ではなく、多孔質ギャップ4からガスが出てゆくの
で、微少な平均直径の気泡になる。
Since the gas exits through the porous gap 4 instead of through the openings, it becomes bubbles with a small average diameter.

以下に、確率的な考察を述べる。Below, we will discuss probabilistic considerations.

融l夜の中には通常対流もあり、不規則な流れも存在す
る。しかし、このような擾乱がない静的な条件で、直径
りの細孔から、どのような体積Vの気泡が生ずるかを考
える。この細孔は、ここでは簡弔のため上向き細孔であ
るとする。
During a melting night, there is usually convection, but there are also irregular flows. However, under static conditions without such disturbances, let us consider what volume V of bubbles would be generated from a diameter pore. For simplicity, this pore is assumed to be an upward pore.

気泡が生じる場合、気泡は上向きの浮力を有する。@液
と気泡の密度の差をρとする。浮力は、ρvg である
。gは重力加速度である。気泡を開口へつなぎとめる力
は、表面張力であるが、細孔の直径がDであるので、単
位長さ当りの表面張力をTとして、気泡が細孔を離れる
瞬間のVは、ρVg =  πD T        
   (11という式を満たす。この時、気泡は不定形
であるが、細孔を離れるとすぐに球形になる。この気泡
法の半径をaとすると、 となる。つまり、気泡法の半径は、細孔の直径の1/3
乗に比例する。
When bubbles are formed, they have upward buoyancy. @ Let ρ be the difference in density between the liquid and the bubbles. The buoyant force is ρvg. g is the gravitational acceleration. The force that binds the bubble to the opening is surface tension, but since the diameter of the pore is D, the surface tension per unit length is T, and the V at the moment the bubble leaves the pore is ρVg = πD T
(Satisfies formula 11. At this time, the bubble has an amorphous shape, but it becomes spherical as soon as it leaves the pore. If the radius of this bubble method is a, then it becomes. In other words, the radius of the bubble method is 1/3 of the pore diameter
Proportional to the power.

これは上向き細孔の場合である。下向き細孔の場合は、
これより大きくなる。しかし、実際には擾乱があって、
下向き細孔から出た気泡であっても、細孔下面から引離
される。
This is the case for upward facing pores. For downward pores,
It will be larger than this. However, in reality there are disturbances,
Even air bubbles coming out of the downward facing pores are pulled away from the bottom surface of the pores.

擾乱による引離し力は、断面積に比例する。すると(1
)のかわりに、引離し時に kA  =  πD T            (8
+という式が成立する。kは定数、AはIN?面積であ
る。この場合、気泡の半径aは、 開口の1/2乗に比例する。
The separation force due to disturbance is proportional to the cross-sectional area. Then (1
), instead of kA = πD T (8
The expression + holds true. k is a constant, A is IN? It is the area. In this case, the radius a of the bubble is proportional to the 1/2 power of the aperture.

以」二の考案は、気泡の侘生時のつり合いから、気泡の
直径を推定するものであった。気泡の半径aは、開口の
直径りの1/2〜1/3に比例する、ということが推測
される。
The second idea was to estimate the diameter of a bubble from the balance of the bubble when it is floating. It is assumed that the radius a of the bubble is proportional to 1/2 to 1/3 of the diameter of the opening.

次に、融液中でどのような大きさの気泡が安定でおるか
、という事を考える。これは、液中の圧力P。と気泡の
中の圧力P(もちろんP>Poである)との差によって
、気泡の径がどうなるか?という事である。気泡の中と
外の圧力の差をΔPと書く。気泡が漱少体漬dVだけ増
加したとすると、これにともなって表面張力エネルギー
が増加する。
Next, consider what size bubbles are stable in the melt. This is the pressure P in the liquid. What happens to the diameter of the bubble depending on the difference between the pressure inside the bubble and the pressure P (of course P>Po)? That's what it means. The difference between the pressure inside and outside the bubble is written as ΔP. If the number of bubbles increases by dV, the surface tension energy increases accordingly.

これは気泡の表面積をSその増分をdsとして、TdS
  で表わされる。また、融液になした仕事はPdV 
である。従って、 ΔPdV  =  ’rcts          (
5)となり 2丁 P−Po=  ΔP  =  −(61となる。これは
、気泡の径が小さい程、気泡内部の圧力が大きいという
事を意味している。Po  は融液の圧力であってほぼ
一定で、これは外部のN2カ゛ス、アルゴンガスの圧力
できまる。
This means that the surface area of the bubble is S and its increment is ds, and TdS
It is expressed as Also, the work done on the melt is PdV
It is. Therefore, ΔPdV = 'rcts (
5) Then, 2-cho P-Po = ΔP = -(61. This means that the smaller the diameter of the bubble, the greater the pressure inside the bubble. Po is the pressure of the melt and It is almost constant and is determined by the pressure of external N2 gas and argon gas.

(6)式は、小さい気泡が発生するためには、気泡内の
圧力Pが甑めて大きくなくてはならない、という事を意
味する。
Equation (6) means that in order to generate small bubbles, the pressure P inside the bubbles must be significantly large.

Poは不活性ガスの圧力と、液体カプセル、融液の下開
口までの深さに対応する圧力の和である。
Po is the sum of the pressure of the inert gas and the pressure corresponding to the depth of the liquid capsule to the lower opening of the melt.

後者の圧力は小さいから、不活性ガス圧力P。という。Since the latter pressure is small, the inert gas pressure P. That's what it means.

最初、収納容器1の内部の圧力もPo  に等しい。Initially, the pressure inside the storage container 1 is also equal to Po.

原料固体2が加熱されて昇華すると、圧力はこれより少
し高くなシ、ガスが連通管の下端より出る。
When the raw material solid 2 is heated and sublimated, the pressure is slightly higher than this, and gas exits from the lower end of the communication pipe.

もし、キャップがなければ(ファーゲスの装置のよう)
ガスはすぐに融液の中へ出てしまうので、収納容器1の
内圧が上らない。つまD(P−Po)が極めて小さい。
If there is no cap (like the Farges device)
Since the gas immediately escapes into the melt, the internal pressure of the storage container 1 does not rise. The toe D (P-Po) is extremely small.

すると、(6)式から、安定な気泡の直径は極めて大き
い、という事がわかる。
Then, from equation (6), it can be seen that the diameter of a stable bubble is extremely large.

本発明のように多孔質のキャップがあれば、気化したが
ヌは容易には、このキャンプを通り抜けない。従って、
収納容器1の内圧は十分高く上昇することができる。こ
の内圧と、キャップを通り抜けた時の圧力はもちろん等
しくない。しかし、内圧が高ければ、キャップ通過時の
圧力も高くなりうる。つまり、(P−Po)が大きい。
If there is a porous cap as in the present invention, vaporized moths will not easily pass through this camp. Therefore,
The internal pressure of the storage container 1 can rise to a sufficiently high level. Of course, this internal pressure is not equal to the pressure when passing through the cap. However, if the internal pressure is high, the pressure passing through the cap may also be high. That is, (P-Po) is large.

従って、小さい直径の気泡を安定に作ることができる。Therefore, bubbles with a small diameter can be stably produced.

(3)  作   用 るつぼの中に■族又はII族の固体又は液体原料と、液
体カプセル(固体)を入れる。収納容器1に、■族又は
■族の元素の固体原料を入れる。
(3) Action Place the Group I or Group II solid or liquid raw material and a liquid capsule (solid) into a crucible. A solid raw material of a group (■) or group (■) element is placed in a storage container 1.

容器1を密封し、上軸11に固着する。The container 1 is sealed and fixed to the upper shaft 11.

連通管3はるつぼ内に差入れられていない。耐圧容器を
閉じて、窒素ガス、アルゴンガスなど不活性ガスを導入
して十分高圧にする。
The communication tube 3 is not inserted into the crucible. Close the pressure container and introduce an inert gas such as nitrogen gas or argon gas to create a sufficiently high pressure.

融液加熱ヒータ9を通電し、原料を融かし、液、体カプ
セルも融かす。どちらも融液となる。連通管3の下端を
融液の中へ債す。昇華用ヒータ10に通電し、原料固体
2を加熱する。ガスになった原料は、収納容器1の内部
圧力を高めてゆく。十分な圧力に達したころ、連通管3
の下端19の多孔質キャップ4から、ガスの小さい気泡
となって融g!5の中へ出てゆく。
The melt heating heater 9 is energized to melt the raw material, and also melt the liquid and body capsule. Both become molten liquid. The lower end of the communicating tube 3 is inserted into the melt. The sublimation heater 10 is energized to heat the raw material solid 2. The raw material that has become a gas increases the internal pressure of the storage container 1. When sufficient pressure is reached, the communication pipe 3
Small gas bubbles form from the porous cap 4 at the lower end 19 of the g! Go out into 5.

気泡と融液の成分はこの間に化学変化を起こし、化合物
融液となる。
During this time, the bubbles and the components of the melt undergo a chemical change and become a compound melt.

全ての原料固体2がなくなれば、全てが融液5の中を通
ったという事になるので、これで合成は終りである。上
軸11を引上げ、連通管3を融液5から引上げる。液体
カプセル層が融液の上を覆う。この後ヒータパワーを減
らしてゆき、降温する。
When all the raw material solids 2 are gone, it means that everything has passed through the melt 5, and this is the end of the synthesis. The upper shaft 11 is pulled up, and the communication tube 3 is pulled up from the melt 5. A liquid capsule layer overlies the melt. After this, the heater power is reduced and the temperature is lowered.

るつぼ内に多結晶が生成される。Polycrystals are produced within the crucible.

Φ)  効   果 (11多孔質キャップから■族、■族の比[成約圧力の
高いガスを少しずつ融液の中へ吹出すので、気泡の直径
が極めて細かくなる。実効表面積が大きいので、融液と
反応しやすい。このため、未反応で融液から逃げるもの
は殆どない。
Φ) Effect (11 Ratio of group ■ and group ■ from the porous cap [Gas with high closing pressure is blown into the melt little by little, so the diameter of the bubbles becomes extremely fine. Since the effective surface area is large, the melt It easily reacts with the liquid.Therefore, almost no unreacted substances escape from the melt.

従って、原料に対する合成化合物の回収率が極めて良い
。90%以上である。
Therefore, the recovery rate of the synthetic compound relative to the raw material is extremely high. It is 90% or more.

(2)  連通管の下端に多孔質キャップがあるので、
内外の圧力の不均衡があっても、融液が上方の収納容器
まで逆流する、という事がない。
(2) There is a porous cap at the bottom end of the communication pipe, so
Even if there is an imbalance between the internal and external pressures, the melt will not flow back to the upper storage container.

キ)  実  施  例 第1図に示すような装置で、InとPからInP多結晶
を合成した。チャージ承は るつぼの中    In (赤リン)   t5oog
B203(液体力プセIし)120g 収納容器の中    P         480gで
ある。LEC装置内にはN2ガスを充填して、5Q a
tmとした。
G) Example InP polycrystals were synthesized from In and P using an apparatus as shown in FIG. Charger is in the crucible In (red phosphorus) t5oog
B203 (liquid power press I) 120g In the storage container P 480g. The inside of the LEC device is filled with N2 gas, and 5Q a
It was designated as tm.

融液加熱ヒータ9によってるつぼ内を昇温する。The temperature inside the crucible is raised by the melt heating heater 9.

InのFfA液は1065℃に保った。原料たる赤リン
を入れた収納容器1を下降させ、連通管の下端が融液の
中に位置するようにする。
The In FfA solution was kept at 1065°C. The storage container 1 containing the raw material red phosphorus is lowered so that the lower end of the communicating tube is located in the melt.

外層用ヒータ10でリンを加熱し、昇華させる。The outer layer heater 10 heats phosphorus to sublimate it.

この容器の温度は約350℃にしばらく保持し、その1
′&除々に550℃まで昇温する。
The temperature of this container was kept at about 350℃ for a while, and
'& Gradually raise the temperature to 550℃.

この結果合成できたInP多結晶は、1905 gであ
った。回収率は98.7%に当る。
The amount of InP polycrystals synthesized as a result was 1905 g. The recovery rate is 98.7%.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の化合物半導体多結晶の合成装置の縦断
面図。 第2図はJ、P、ファーゲスがInPの合成に用いたL
EG装置の断面図。 1 ・・・・・・ 収納容器 2 ・・・・・・ 原料固体 3・・・・・・連通管 4 ・・・・・・ 多孔質キャップ 5 ・・・・・・原料融液 6 ・・・・・・ 液体カプセル層 γ・・・・・・るつぼ 8 ・・・・・・ サセプタ 9 ・・・・・・ 融液加熱ヒータ 10・・・・・・ 昇華用ヒータ 11・・・・・・上 軸 12・・・・・・下 軸 13・・・・・・土 壁 14・・・・・・下 壁 17・・・・・・通し穴 18・・・・・・上開口 発明者    小 谷 敏 弘 河  崎  亮  久 特許出願人     住友W1気工業株式会社第 1 
図 第 2 図 手続補正置方式) %式% 1・事件の表示  特願昭59−281270号2、発
明の名称  化合物半導体多結晶の合成装置3、補正を
する者 事件との関係  特許出願人 居 所大阪市東区北浜5丁目15番地 名 称 (213)住友電気工業株式会社代表者社長川
 上哲部 4、代 理 人 曇537 住 所 大阪市東成区中道3丁目15番16号液体カプ
セル引上装置を用いて、多結晶を合成する、という方法
が提案された。 液体カプセル結晶引上装置は、引上法による結晶成長装
置である。るつぼの中に原料融液を入れ、種結晶を漬け
て、回転させながら引上げることにより単結晶を成長さ
せるが、融液を液体カプセル層で覆い、窒素ガス、アル
ゴンガスなどで強い圧力をかけてV族元素の逃げを防い
でいる。 このため液体カプセル法、又は単にLEC法(Liqu
id膓呵別扉mlC諒九1氷i)と呼ばれる。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a compound semiconductor polycrystal synthesis apparatus of the present invention. Figure 2 shows the L used by J. P. Farges in the synthesis of InP.
A cross-sectional view of the EG device. 1 ... Storage container 2 ... Raw material solid 3 ... Communication pipe 4 ... Porous cap 5 ... Raw material melt 6 ... ...Liquid capsule layer γ... Crucible 8 ... Susceptor 9 ... Melt heating heater 10 ... Sublimation heater 11 ...・Top shaft 12...Bottom shaft 13...Soil Wall 14...Bottom wall 17...Through hole 18...Top opening Inventor Satoshi Kotani Ryo Hisashi Hirokawa Patent applicant Sumitomo W1 Industries Co., Ltd. No. 1
Figure 2 (Procedure amendment system) % formula % 1. Indication of the case Japanese Patent Application No. 59-281270 2, Title of the invention Compound semiconductor polycrystalline synthesis device 3, Person making the amendment Relationship with the case Patent applicant Location 5-15 Kitahama, Higashi-ku, Osaka Name (213) Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Representative President Tetsube Kawa 4, Agent Kumo 537 Address 3-15-16 Nakamichi, Higashinari-ku, Osaka Liquid Capsule Puller A method was proposed to synthesize polycrystals using the above device. The liquid capsule crystal pulling device is a crystal growing device using a pulling method. A single crystal is grown by placing a raw material melt in a crucible, soaking a seed crystal, and pulling it up while rotating.The melt is covered with a liquid capsule layer and strong pressure is applied with nitrogen gas, argon gas, etc. This prevents group V elements from escaping. For this reason, the liquid capsule method, or simply the LEC method (Liqui
It is called id 膓呵Betsudo mlC 迒く1 ici).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 下軸12と、下軸12によつて支持されるサセプタ8と
、サセプタ8の中に設けられIII族又はII族元素の原料
融液と液体カプセル層6を収容したるつぼ7と、るつぼ
7の周囲に設けられる融液加熱ヒータ9と、上軸11と
、これによつて支持されるV族又はVI族元素の原料固体
2を入れるための収納容器1と、収納容器1の周囲に設
けられ原料固体2を加熱する昇華用ヒータ10と、上開
口18が収納容器1の上部に位置するよう収納容器1の
中に連通している連通管3と、連通管3の下端19の開
口に設けられた多孔質キャップ4とよりなる事を特徴と
する化合物半導体多結晶の合成装置。
A lower shaft 12, a susceptor 8 supported by the lower shaft 12, a crucible 7 provided in the susceptor 8 and containing a raw material melt of group III or group II elements and a liquid capsule layer 6, and a crucible 7 of the crucible 7. A melt heating heater 9 provided around the melt heating heater 9, an upper shaft 11, a storage container 1 for containing the raw material solid 2 of group V or VI element supported by the heater 9, and a storage container 1 provided around the storage container 1. A sublimation heater 10 that heats the raw material solid 2, a communication pipe 3 communicating with the storage container 1 such that the upper opening 18 is located at the top of the storage container 1, and an opening at the lower end 19 of the communication pipe 3 are provided. An apparatus for synthesizing compound semiconductor polycrystals, characterized in that it comprises a porous cap 4 with a polycrystalline structure.
JP28127084A 1984-12-28 1984-12-29 Apparatus for synthesis of compound semiconductor polycrystal Pending JPS61158803A (en)

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EP85116615A EP0186213B1 (en) 1984-12-28 1985-12-27 Method for synthesizing compound semiconductor polycrystals and apparatus therefor
DE8585116615T DE3577405D1 (en) 1984-12-28 1985-12-27 METHOD FOR PRODUCING POLYCRYSTALS FROM SEMICONDUCTOR CONNECTIONS AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE SAME.
US07/478,016 US5524571A (en) 1984-12-28 1990-02-09 Method for synthesizing compound semiconductor polycrystals and apparatus therefor

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0256398A (en) * 1988-08-19 1990-02-26 Kandenko Co Ltd Capstan winch

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0256398A (en) * 1988-08-19 1990-02-26 Kandenko Co Ltd Capstan winch
JPH05314B2 (en) * 1988-08-19 1993-01-05 Kandenko Kk

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